1、,第十三章 光,2全反射,1.知道什么是光疏介质和光密介质，理解它们具有相对性. 2.理解全反射现象，掌握临界角的概念和全反射的条件. 3.了解全反射棱镜和光导纤维.,学科素养与目标要求,物理观念：,科学思维：,利用全反射条件，应用临界角公式解答相关问题.,科学探究：,采用实验观察、猜想、验证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,1.光疏介质和光密介质 (1)光疏介质：折射率较 (填“大”或“小”)的介质. (2)光密介质：折射率较 (填“大
2、”或“小”)的介质. (3)光疏介质与光密介质是 (填“相对”或“绝对”)的.,一、全反射,小,大,相对,2.全反射现象 (1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射.若入射角增大到某一角度， 光线完全消失，只剩下 光线的现象. (2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于 时的入射角.用字母C表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C . (3)全反射发生的条件 光从 介质射入 介质. 入射角 临界角.,折射,反射,90,光密,光疏,等于或大于,二、全反射棱镜,1.形状：截面为 三角形的棱镜. 2.全反射棱镜的特点 (1)当光垂直于
3、它的一个界面射入后，都会在其内部发生 ，与平面镜相比，它的反射率很高. (2)反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真 .,等腰直角,全反射,小,三、光导纤维,1.原理：利用了光的 . 2.构造：由内芯和外套两层组成.内芯的折射率比外套的 ，光传播时在内芯与外套的界面上发生 . 3.光纤通信的优点是容量 、衰减 、抗干扰性强等. 4.光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等.,全反射,大,全反射,大,小,1.判断下列说法的正误. (1)入射角大于临界角就会发生全反射现象.() (2)光密介质是指密度大的介质.() (3)制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于 .() (4)光在光导纤
4、维中的传播速度小于光在真空中的光速c.(),即学即用,2.一束光从某介质进入真空，方向如图1所示，则该介质的折射率为_；逐渐增大入射角，光线将_(填“能”或“不能”)发生全反射；若使光发生全反射，应使光从_射入_，且入射角大于等于_.,图1,45,能,介质,真空,重点探究,当光从水中射向与玻璃的交界面时，只要入射角足够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？,一、全反射,答案不正确.要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质.而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射.,导学探究,1.全反射现象 (1)全反射的条件： 光由光密介质射入光疏介质. 入射角大于或等于临界角. (
5、2)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律.全反射的临界角C和折射率n的关系：sin C . (3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大.同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光线的能量.,知识深化,2.不同色光的临界角：由于不同颜色(频率不同)的光在同一介质中的折射率不同.频率越大的光，折射率也越大，所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越大的光的临界角越小，越易发生全反射.,例1某种介质对空气的折射率是 ，
6、一束光从该介质射向空气，入射角是60，则下列光路图中正确的是(图中为空气，为介质),二、全反射棱镜,导学探究,如图所示，已知玻璃的折射率为1.5，甲图中当光线垂直BC面入射时，光线到达AC面的入射角是多少？能否发生全反射？乙图中当光线垂直AC面入射时，光线到达AB面的入射角是多少？能否发生全反射？,答案45能发生全反射45能发生全反射,全反射棱镜改变光路的几种情况,知识深化,例2空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图2所示.方框内有两个折射率n1.5的全反射玻璃棱镜.下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图.其中能产生图中效果的是,图2,解析四个选项的光
7、路图如图所示：,可知B项正确.,三、光导纤维,导学探究,如图所示是光导纤维的结构示意图，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成.构成内芯和外套的两种介质，哪个折射率大？为什么？,答案内芯的折射率大.因为当内芯的折射率大于外套的折射率时，光在传播时能发生全反射，光线经过多次全反射后能从一端传到另一端.,1.构造及传播原理 (1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图3所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率大于外套的折射率.,知识深化,图3,(2)传播原理：光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光信号，光信号又可以转
8、换成电信号，进而变为声音、图象.,2.光导纤维的折射率：设光导纤维的折射率为n，当入射角为1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，,由图4可知：当1增大时，2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角减小，当190时，若C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n .,图4,以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比 大些.,例3如图5所示，AB为一直光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率
9、n.(已知光在真空中的传播速度为c),图5,解析设光导纤维所用材料的折射率为n，则有,学科素养例3这道题是全反射知识的应用，注意挖掘题目中隐含条件，“恰好”“刚好”暗含的条件是入射角等于临界角.本题意在考查学生灵活运用相关知识解决实际问题的能力，体现了“科学思维”的学科素养.,四、全反射的应用,解决全反射问题的思路 (1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质. (2)若光由介质进入空气(真空)时，则根据sin C 确定临界角，看是否发生全反射. (3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”. (4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换并进
10、行动态分析或定量计算.,例4一厚度为h的玻璃板水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面.在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上.已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求玻璃板的折射率.,解析如图所示，从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线射到玻璃板上表面A点恰好发生全反射，,其中LRr,达标检测,1.(对全反射的理解)(多选)如图6所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是 A.假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一 定是aO光线
11、B.假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射 C.假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射 D.假若光线aO恰能发生全反射，那么光线bO的反射光线比光线cO的反射光线 的亮度大,1,2,3,4,图6,解析在玻璃砖直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能.假若只有一条光线发生了全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大，所以选项A对； 假若光线bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO的入射角更大，所以光线aO一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因
12、此光线cO不一定能发生全反射，所以选项B错，C对； 假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO和光线cO都不能发生全反射，但光线bO的入射角更接近于临界角，所以光线bO的反射光线比光线cO的反射光线强，即光线bO的反射光线亮度较大，所以D对.,1,2,3,4,2.(全反射棱镜)自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光照反射回去.某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜(折射率n )组成，棱镜的横截面如图7所示.一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC和CB边反射后，从AB边的O点射出，则出射光线是 A.平行于AC边的光线 B.平行于入
13、射光线的光线 C.平行于CB边的光线 D.沿AB边的光线,1,2,3,4,图7,1,2,3,4,3.(光导纤维)如图8所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是,1,2,3,4,图8,1,2,3,4,4.(全反射的应用)如图9所示的圆柱形容器中盛满折射率n2的某种透明液体，容器底部安装一块平面镜，容器直径L2H，在圆心正上方高度h处有一点光源S，要使人从液体表面上任意位置处能够观察到点光源S发出的光，h应该满足什么条件？,1,2,3,4,图9,解析要使人从液体表面上任意位置处能够观察到点光源S发出的光，点光源发出的光必须全部能折射进入空气，根据对称性，作出点光源经平面镜所成的像S，如图所示，当光射向水面时，入射角不大于临界角，光线才能射入空气中.,1,2,3,4,